张春宜　刘宝升　王爱华　李志飞　孙田　孙旭东

摘要：为了研究复杂场多因素对航空发动机涡轮叶盘振动特性及可靠性的影响，考虑温度载荷、离心载荷和气动载荷的共同作用，基于振动理论和有限元技术建立了模态分析数学模型，进行了流-热-固耦合振动特性分析和共振分析，最后采用双重极值响应面法对振动变形及应力进行了可靠性分析。结果表明：考虑多因素耦合作用与不虑考多因素耦合作用，叶盘的固有频率最大相差32.9%，可靠性概率最大相差3.46%。

关键词：

耦合振动；振动特性；可靠性；叶盘；双重极值响应面法

DOI：10.15938/j.jhust.2018.05.001

中图分类号： TB114.3

文献标志码： A

文章编号： 1007-2683（2018）05-0001-07

Reliability Analysis of Vibration Characteristic for Turbine Blisk in Complex Field

ZHANG Chunyi1，LIU Baosheng1，WANG Aihua1，LI Zhifei1，SUN Tian1，SUN Xudong2

（1.Schol of Mechanical and Power Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China；2.People′s Liberation Army Navy Unit 91630 in Guangzhou，Guangzhou 510000，China）

Abstract：In order to study the effect of complex field on the vibration characteristics and reliability of aeroengine turbine blisk， the mathematical model of modal analysis was established based on vibration theory and finite element method which considering the combined action of temperature load， centrifugal force and aerodynamic load， and flowheatsolid coupling vibration analysis and resonance analysis were carried out， finally using the dual extreme response surface method to analyze the reliability of vibration deformation and stress. The results show that： comparing the considering coupling load and without considering coupling load， the maximum difference of the natural frequencies of the blisk is 32.9% and the maximum reliability is 3.46%.

Keywords：coupled vibrations； vibration characteristic； reliability； blisk； dual extreme response surface method

0引言

航空发动机工作过程中，涡轮叶盘处在高温、高压、高转速的环境中工作，受到较大的温度载荷、离心载荷、气动载荷、振动交变载荷等联合作用，而且随着航空发动机涡轮前燃气温度、转速、推重比、动强度等日益提高，叶盘所受的振动载荷不断增加，振动引起的故障越来越多[1-2]。因此，研究并掌握航空发动机涡轮叶盘在复杂场多因素耦合作用下的振动特性及可靠性，对于研发高性能、高可靠性的涡轮叶盘非常必要。

目前，国内外很多学者对航空发动机涡轮振动特性及可靠性问题进行了大量研究。如孙浩琳等[3]采用循环对称结构有限元分析方法对整体叶盘结构的分析模型、基本特征及耦合结构等相关问题进行了研究，得到了叶盘振动节径-频率图；Sinha A和Epureanu B I[4-5]采用多项式混沌法研究了失谐叶盘受迫响应的统计特性以及随机因素对叶盘结构的影响，并验证了该方法的可行性；……